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Type: Tese de Doutorado
Title: Investigação por primeiros princípios da dopagem em materiais bidimensionais de rede hexagonal: monocamadas de grafeno, nitreto de boro e dissulfeto de molibdênio
Authors: Regiane do Nascimento
First Advisor: Helio Chacham
First Referee: Rodrigo Gribel Lacerda
Second Referee: Andreia Luisa da Rosa
Third Referee: Pedro Paulo de Mello Venezuela
metadata.dc.contributor.referee4: Ricardo Kagimura
Abstract: A dopagem química é um método bastante conhecido e utilizado para modificar as propriedades eletronicas de um material. Na presente tese foi investigado, utilizando-se a teoria do funcional da densidade - DFT, o efeito da dopagem no grafeno com baixa concentração de átomos de boro e nitrogênio. Os resultados de estrutura eletronica para o grafeno dopado indica que o átomo de B possui maior hibridizaçãocom os átomos do grafeno do que o átomo de N. Os espectros de absorção de raio-X calculados para esses sistemas mostraram que o espectro de C-1s do grafeno apresenta características dos dopantes. Foi mostrado que ligações C-B do tipo Klein estendido nas regiões da borda desses sistemas são mais estáveis do que as ligações C-N. O cálculo DFT de estrutura de bandas prediz que o gap do grafeno dopado com BN comconcentração de 2, 08 a 10, 24% pode variar em até uma ordem degrandeza dependendo da morfologia do sistema. Este resultado foi descrito por um modelo tight-binding. Além disso, foi mostrado que a magnitude desse gap de energia é afetada pela deformação da rede.Através de medidas de AFM (do inglês Atomic Force Microsopy) foi observada a formação de monocamadas auto organizadas - SAMs (do inglês Self-Assembled Monolayers) de OPA (Octadecyl PhosphoniAcid) sobre os substratos de grafeno, nitreto de boro e dissulfetode molibdênio. Os resultados teóricos apresentados nesta tese para a estabilidade energéticacdestes sistemas estão em acordo com os resultados experimentais. Os resultados teóricos indicam que esses ácidos formam um cristal bidimensional, com acadeia alquílica alinhando-se à orientação zigzag do substrato. Também foi observada uma densidade de carga induzida em todos os substratos devida à adsorção do dímero de OPA. Foi mostrado neste trabalho que o modelo teórico de SAMs formadas por dímeros de OPA é capaz de identicar querugas no substrato de h-BN são cristalograficamente orientadas sobre a direção armhair. Juntamente com imagens de AFM, esse modelo de SAMs sobre o MoS2 evidenciou fronteiras de grão no substrato.
Abstract: Chemical doping is a well-known method used to modify the electronicproperties of materials. Using ab initio density functional theory calculations, we have investigated the effect of graphene co-doped with boron and nitrogen atoms at low concentration. The results for the eletronic structure of doped graphene indicate that the B atoms have a largerhybridization with graphene atoms than the N atoms. The theoretical signatures of substitutional dopants are evident at the C K-edge spectra from the X-ray absorption of graphene co-doped. In the interface of these materials the C-B bonds, of Klein extended type are more stable than the C-N bonds. The band structureccalculations predict that co-doped graphene band gaps can vary over an order of magnitude, for the same BN cconcentration, dependingcon the system morphology. This result was described by a tight-binding model. It was showncthat the band gap size is affected by the lattice deformation.Through Atomic Force Microscopy (AFM) measurements the formation of self-assembledmonolayers - SAMs of OPA (Octadecyl phosphonic Acid) atop graphene, boron nitride and molybdenum disulde was observed. Our theoretical results for the energetic stability of these systems are in agreement with the experimental results, indicating that these acids form 2D crystals, with the alkyl chain aligned to substrate zigzag direction. Also, it was observed an induced charge density due to OPA adsorption on all substrates. The theoretical model of SAMs formed by OPA was able to identify that the wrinkles in h-BN substrates are crystallographically oriented along the armchair direction. Together with AFM image, thismodel of SMAs atop the MoS2 have also evidenced grain boundaries in the substrate.
Subject: dopagem química
teoria funcional da densidade (DFT)
Grafeno
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-A9CQZ5
Issue Date: 6-Jul-2015
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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